シロイヌナズナの4つの自然のアクセッションにおける光阻害と一重項酸素産生に及ぼす低温の影響

Effects of low temperature on photoinhibition and singlet oxygen production in four natural accessions of Arabidopsis.

• Heta Mattila
• Kumud B Mishra
• Iiris Kuusisto
• Anamika Mishra
• Kateřina Novotná
• David Šebela
• Esa Tyystjärvi

抄録

主な結論:

低温は生体内でのPSII損傷を減少させ、in vitroでの以前の結果を確認した。光阻害に対する感受性はシロイヌナズナのアクセプターによって異なり、2週間の低温処理後には中程度に減少した。フラボノールは光阻害を緩和する可能性がある。22℃および4℃における光化学系II（PSII）の光誘発性不活性化の速度を、最適条件（21℃）で栽培されたシロイヌナズナ（Rschew、Tenela、Columbia-0、Coimbra）の自然のアクセションから測定し、2週間4℃にシフトされた植物から4℃で測定した。測定はリンコマイシンの非存在下および存在下で行った。PSII活性は、クロロフィルa蛍光パラメータF/Fとキノンアクセプターを用いた酸素進化の光飽和率で測定した。21℃で成長させた場合、Rschewは光阻害に対して最も耐性があり、Coimbraは最も耐性が低かった。PSIIへの損傷は、酸素発生の減少またはF/Fを一次式に当てはめることから判断して、22℃でよりも4℃でよりゆっくりと、または等しく進行した。Columbia-0とCoimbraでは2週間の低温処理により4℃での光阻害が一貫して減少したが、RschewとTenelaでは光阻害の測定方法に依存する結果となった。ヒスチジンを用いて測定した単離されたチラコイド膜の一重項酸素産生率は、温度の低下に伴って同じか、あるいはわずかに減少した。一方、一重項酸素センサーグリーンを用いた葉からの一重項酸素の測定は、生体内では4℃でより多くの一重項酸素が生成されることを示唆している。高光下では、PSII電子アクセプターQは22℃よりも4℃の方がより還元されていた。一重項酸素生成量は、in vitroでもin vivoでも、低温処理による減少は見られなかった。表皮フラボノールは冷温処理により増加し、Columbia-0とCoimbraではその量が光阻害耐性と相関していた。

MAIN CONCLUSIONS: Low temperature decreases PSII damage in vivo, confirming earlier in vitro results. Susceptibility to photoinhibition differs among Arabidopsis accessions and moderately decreases after 2-week cold-treatment. Flavonols may alleviate photoinhibition. The rate of light-induced inactivation of photosystem II (PSII) at 22 and 4 °C was measured from natural accessions of Arabidopsis thaliana (Rschew, Tenela, Columbia-0, Coimbra) grown under optimal conditions (21 °C), and at 4 °C from plants shifted to 4 °C for 2 weeks. Measurements were done in the absence and presence of lincomycin (to block repair). PSII activity was assayed with the chlorophyll a fluorescence parameter F/F and with light-saturated rate of oxygen evolution using a quinone acceptor. When grown at 21 °C, Rschew was the most tolerant to photoinhibition and Coimbra the least. Damage to PSII, judged from fitting the decrease in oxygen evolution or F/F to a first-order equation, proceeded more slowly or equally at 4 than at 22 °C. The 2-week cold-treatment decreased photoinhibition at 4 °C consistently in Columbia-0 and Coimbra, whereas in Rschew and Tenela the results depended on the method used to assay photoinhibition. The rate of singlet oxygen production by isolated thylakoid membranes, measured with histidine, stayed the same or slightly decreased with decreasing temperature. On the other hand, measurements of singlet oxygen from leaves with Singlet Oxygen Sensor Green suggest that in vivo more singlet oxygen is produced at 4 °C. Under high light, the PSII electron acceptor Q was more reduced at 4 than at 22 °C. Singlet oxygen production, in vitro or in vivo, did not decrease due to the cold-treatment. Epidermal flavonols increased during the cold-treatment and, in Columbia-0 and Coimbra, the amount correlated with photoinhibition tolerance.